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2015年第3期铸造设备与工艺

2015年6月FOUNDRYEQUIPMENTANDTECHNOLOGYJun.2015No3

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·应用研究

高性能球墨铸铁表面热处理方法研究

李子海1,宫本奎2,刘绍昌3,张继业4,黄文泰5

(1.沈阳铸造研究所，辽宁沈阳110022;2.山东理工大学，山东淄博255039;3.鞍钢重机公司轧辊厂，辽宁鞍山114021,4.泰山金龙起重配件公司，山东泰安273039;

5.福州文泰机械铸造公司，福建福州350001)

摘要：对球墨铸铁件表面进行氮基气体软氮化与高频淬火复合热处理，可增进球墨铸铁表面硬化层厚度，获得高硬度、高耐疲劳强度性能。

关键词：球墨铸铁；表面热处理；气体软氮化；高频淬火；

中图分类号：TG255文献标识码：A文章编号：1674-6694(2015)03-0046-02

机械滑动部件，要求工件具有磨耗耐持久、不

变形、安全可靠性高，亦即铸件表面具有一定厚度的硬化层。为此，笔者进行了高硬度、高疲劳球墨铸铁表层热处理方法的研究。目的通过改变铸件表面热处理工艺方法，从而获取铸件理想的耐磨基体组织，提高耐磨铸件综合理化性能。

1试验材料与机械性能要求

1.1试验材料

试验材料化学成分，见表1.

表1试验材料化学成分(质量分数，%)

项目

C

Si

Mn

P

S

Mg

范围

3.60~3.66

2.68~2.82

0.19-0.24

0.018~0.021

0.0018-0.0038

0.032~0.042

1.2试验材料机械性能

试验材料机械性能，见表2.

表2试验材料机械性能

项目

抗拉强度/MPa

屈服强度/MPa

延伸率1%

范围

773~727

458~438

5.8~6.8

2试验条件

2.1复合热处理试验

试块经退火消除应力(610℃~560℃×3h,空

冷)机加工制成弯曲试样，再分别进行氮基气体软氮化与高频淬火复合热处理。

气体软氮化工艺如下：处理温度：560℃~580℃,

收稿日期：2015-01-07

作者简介：李子海(1958-),男。

处理时间：1.8h~2.8h,气体为N?+NH?+CO?;冷却

条件：气冷；

气体软氮化后的高频淬火工艺(160℃~260℃×2.8h~3.2h):短时间高频淬火：温度为940℃~1000℃;加热保温时间2.8h~4.2h;频率为120kW~156kW;输出功率28W~36kW;冷却时间为8h~

12h.

2.2疲劳试验

标准试块在室温下进行疲劳试验，获取其疲劳强度数值。

3试验结果与讨论

3.1工件试样显微组织

试样基体组织，为球墨铸铁珠光体基体组织。3.2热处理工艺分析

高频淬火时将工件试样快速加温到奥氏体化温度之上并保温一定时间然后急冷。选择奥氏体相变开始温度为820℃以上，这是根据Fe-C-Si平衡状态图确定的。铁氮化合物的分解温度大约是700℃上下，接近于Fe-C-Si平衡状态图Ael相变点723℃工艺试验选定的奥氏体相变点830℃,则是考虑到本试样中Si的质量分数在2.78%左右原因。通过Fe-C-Si平衡状态图可知，在C的质量分数为3.66%左右时，其Ael温度就下降至大约为600℃.因此，我们确定本试样气体软氮化处理温度为560℃~580℃.试样表面气体软氮化处理再进行短时间高频淬火将试样加热到950℃,主要考虑的是扩大试样表面氮固溶区，氮固溶进行相变硬化。

3.3工件试样组织检验

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2015年第3期李子海，宫本奎，刘绍昌，张继业，黄文泰；高性能球墨铸铁表面热处理方法研究铸造设备与工艺

气体软氮化试样表面存在约7μm的氮化铁化合物白口层，而短时间高频淬火使试样表面为低温回火马氏体组织。对试样进行表面SEM观察，发现气体软氮化后高频淬火表面10μm的白口层为多孔组织，是Fe-C-N的微细马氏体基体组织；对试样表面残余奥氏体量测定结果表明，试样存在65%左右的残余奥氏体。

3.4残余应力及氮浓度分布

用X射线衍射法对试样表面进行应力检测，显示的是压缩应力，这是工件试样高频淬火过程中基体组织奥氏体分解未马氏体发生体膨胀引起的。对试样表层氮分布用XMA分析法进行了分析，可知试样表层氮含量较高，而试样组织内部氮含量则逐渐减低